【Java并发解析】各种各样的锁

本系列主要深入解析Java并发框架的内容，这是第三部分的内容，分析java并发中遇到的各种各样的锁的特点以及适用场景。

• Lock接口
  • Lock接口中的方法
• 锁的分类
  • 乐观锁与悲观锁
  • 可重入锁与非可重入锁
  • 公平与非公平
  • 共享锁与排他锁
  • 自旋锁和阻塞锁
  • 中断锁与不可中断
• 锁优化（JVM帮助实现）

Lock接口

Lock和Syncronized是两个最常见的锁。Lock接口最常见的实现类是ReentrantLock。

Synchronized缺点：

• 效率低：锁的释放困难，无法灵活释放锁。
• 无法知道是否成功获取锁。

Lock接口中的方法

调用这些方法时，一定是要创建完成实例的，然后调用锁实例的这方法。

• lock(): 最普通的方法，不会在异常时自动释放锁。因此最佳实践是，在finally中释放锁， 保证发生异常时锁可以被释放。

缺点： 无法被中断，一旦陷入死锁，lock()就会进入永久等待。

• tryLock(): 尝试获取锁，返回boolean。这个方法是可以立刻返回的。
• tryLock(long time, TimeUnit )： 等待一定时间，然后判断。
• lockInterruptibly(): 等待时间无线，等待锁的过程中，线程可以被中断。
• unlock(): 一定要放在finally()

锁的分类

乐观锁与悲观锁

• 互斥锁的缺点：

    阻塞带来的性能缺点。
    死锁缺陷。**乐观锁是免疫死锁的。**

• 乐观锁（CAS）：认为发生冲突是小概率的。操作时候不锁住对象，在更新时候进行检查，发生了冲突在回滚修复。典型例子：原子类，并发容器。

• 适用场合：

    悲观锁： 1. 临界区有IO操作；2. 临界区代码复杂； 3. 临界区竞争激烈
    乐观锁： 适合并发写入少，大部分是读取的场合。

可重入锁与非可重入锁

• 可重入：可以一个线程请求多个锁。可以在一定程度上减小死锁。取得了某把锁的线程可以继续获得这个锁。在拿到锁之后继续可以拿到其他的锁。

• 源码实现：AQS框架实现的。
  典型例子:ReentrantLock()

公平与非公平

• 公平锁就是按照线程请求的顺序来分配锁；非公平锁在需要的场合可以插队。

优点：一定程度上，非公平锁是可以提高效率，避免唤醒带来的空档期。
缺点：可能带来饥饿，一些线程永远等不到锁。

公平锁：new ReetrantLock(true)

共享锁与排他锁

一个锁是否只能一个线程持有。典型的共享锁就是ReentantReadWriteLock，对于读是完全没有干扰的，但是写是封闭的。

ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
// 读锁和写锁都是可以单独的加锁解锁的
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock();
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock();

• 读写锁的交互方法：默认不许插队，但是可以锁的降级。

公平锁：完全不许插队
非公平锁：写锁可以随时插队，读锁只在等待队头不是写锁时候插队。

降级：从写锁变为读锁。但是不能反过来。在writelock.lock()情况下可以请求readlock.lock()。升级会容易造成死锁，使用写锁的前提是不能有读锁，因此可能导致死锁（两个同时升级）。

自旋锁和阻塞锁

线程的状态转换消耗的时间比用户执行代码需要的视角还多。这时对线程执行自旋，完成自旋以后再判断是不是可以获取锁。

缺点：如果前面的线程一直占着锁，其实是浪费cpu资源。

atomic包下的类基本都是自旋锁实现的，AtomicInteger的实现，自旋锁的原理是CAS，再调用unsafe自增是，就是一直while死循环，直到修改成功。

• 适用场合：多核，并发度低，临界区简单。

  中断锁与不可中断

  典型就是synchronized和reentranlock

锁优化（JVM帮助实现）

• 自旋锁和自适应：循环了几次之后自己放弃自旋锁的方法。
• 锁消除：对于没有必要使用的锁不使用
• 锁粗化：合并几个锁。